一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统及方法与流程

1.本发明涉及钢铁行业二氧化碳捕集领域，具体涉及一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统及方法。


背景技术：

2.目前，钢铁行业二氧化碳捕集技术主要有余热余能回收技术，回收技术的使用减少化石能源的消耗可有效降低二氧化碳的排放；其次是碳捕获、利用与封存技术，该技术是应对全球气候变化的关键技术之一。目前，二氧化碳的捕集方式主要有燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集，其中燃烧后捕集技术的工业化进程最快，已处于工业应用阶段，而燃烧前捕集和富氧燃烧捕集技术还分别处于工业示范和中试示范阶段。燃烧后捕集技术就是捕集系统，在捕集系统中将二氧化碳从烟道气中分离出来，形成高浓度的二氧化碳。钢铁行业主要采用燃烧后捕集，常用的技术有物理吸附、化学吸收法及膜分离等，通过燃烧后碳捕集技术，可以有效的捕集各工序排放的二氧化碳。
3.高炉炉渣处理工艺主要是水淬渣工艺方式。高炉内1400℃-1500℃的高温炉渣，经渣口流出，在经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，冲击淬化成合格的水渣。在炼铁工序中，冲渣消耗的新水占新水总耗的50％以上。冲制1吨水渣大约消耗新水11.2吨，循环用水量约为10吨左右。钢铁行业高炉工序产生的高炉渣和高炉灰中含有钙、镁、钠、钾等碱性物质，因此，高炉工序产生的大量冲渣水可用于脱碳，比如炉渣一般都含有活性氧化钙(fcao)等碱性物质，将冲渣废水应用于烟气二氧化碳吸收系统，充分利用灰渣中的碱性物质后对烟气中的二氧化碳进行吸收捕集从而降低烟气中的二氧化碳浓度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统及方法。本发明提出利用钢铁企业产生的高炉冲渣废水作为吸收剂对烟气中的二氧化碳进行简单冲洗从而实现一定程度的二氧化碳吸收，降低烟气中的二氧化碳浓度，减少烟气中的二氧化碳浓度，从而实现减少二氧化碳的排放。
5.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一方面提供一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统，该系统包括：烟气输入管线、喷淋吸收单元、沉淀单元、上清液返回管线、冲渣废水输入管线；
7.所述喷淋吸收单元内的上部设置有多级喷淋装置，每级喷淋装置下对应设置有一气体曝气盘；所述喷淋装置与所述冲渣废水输入管线连接；所述烟气输入管线包括与所述喷淋吸收单元下部连接的主管线，以及与所述气体曝气盘一一对应连接的分支；
8.所述喷淋吸收单元的顶部设置有气体出口，底部设置有出口与所述沉淀单元连接，所述沉淀单元设置有上清液出口，所述上清液出口通过所述上清液返回管线与所述冲渣废水输入管线连接。
9.根据本发明的系统，优选地，所述气体曝气盘上密布有细孔，且所述气体曝气盘的边缘设置有凸起，从而可以在气体曝气盘内保留喷淋的吸收液。烟气输入管线中20％左右的烟气通过分支输入，并通过所述气体曝气盘进入，可以与气体曝气盘上的吸收液层产生气泡，从而增加气液传质效率。
10.根据本发明的系统，所述细孔的孔径也不宜过小，过小增加气体阻力不利于扩散，孔径优选为5mm～10mm。
11.根据本发明的系统，优选地，所述气体曝气盘与所述喷淋装置自下而上交替一侧与所述喷淋吸收单元的内壁连接，相对一侧不连接，在所述喷淋吸收单元内形成折流通道。烟气输入管线中80％左右的烟气通过主管线在喷淋吸收单元内由下至上通过气体曝气盘边缘的折流通道通过，折流通道的设置可以提升该部分烟气与浆液的接触时间从而提高二氧化碳的吸收捕集效率。
12.根据本发明的系统，优选地，所述喷淋装置设置有自动控制单元，用以根据所述烟气输入管线的烟气量实时调节喷淋量。
13.根据本发明的系统，优选地，所述冲渣废水输入管线上设置有浆液泵。
14.根据本发明的系统，优选地，所述冲渣废水输入管线在所述浆液泵之前还设置有缓冲单元，所述上清液返回管线在所述缓冲单元之前与所述冲渣废水输入管线连接。
15.根据本发明的系统，优选地，所述上清液返回管线上设置有调节控制阀。
16.根据本发明的系统，优选地，所述冲渣废水输入管线的入口设置有调节控制阀。
17.根据本发明的系统，优选地，所述沉淀单元设置有输送带装置，用以将所述沉淀单元中沉淀的固体输运出去以进行后续处理。
18.本发明的系统中的所述沉淀池用于收集吸收了二氧化碳后的浆液，沉淀后的上清液通过所述上清液返回管线返回循环使用，沉淀的固体定期清理输送至烧结配料系统中进行返矿配料，然后回到烧结系统中实现固体废物在钢铁生产中的闭环无害化处理。
19.本发明另一方面提供一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的方法，其通过以上系统进行。
20.根据本发明的方法，优选地，该方法包括：
21.脱硫脱硝后的烟气通过所述烟气输入管线的主管线和分支分别进入所述喷淋吸收单元内的底部和所述气体曝气盘；冲渣废水作为吸收液通过所述冲渣废水输入管线进入所述喷淋装置进行喷淋；
22.底部的烟气向上运行与上部喷淋的吸收液逆行接触反应，进入所述气体曝气盘的烟气与停留在盘上的吸收液反应；反应脱除了二氧化碳的烟气自所述喷淋吸收单元顶部的气体出口排出；
23.吸收了二氧化碳的吸收液自所述喷淋吸收单元的底部出口汇集至所述沉淀单元，沉淀后的上清液通过所述上清液返回管线返回所述冲渣废水输入管线循环利用。
24.优选地，沉淀的固体(碳酸氢钙、碳酸钙)定期清理输送至烧结配料系统中进行返矿配料，然后回到烧结系统中实现固体废物在钢铁生产中的闭环无害化处理。
25.本发明的系统和方法充分利用钢铁厂内部产生的高炉冲渣废水实现低成本吸收烟气中的二氧化碳，降低外排烟气中的二氧化碳浓度，实现清洁生产和绿色循环发展。
附图说明
26.图1为一优选实施例中的利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统示意图。
27.图2为一优选实施例中喷淋吸收单元2中喷淋装置和气体曝气盘的示意图。
28.附图标记说明：
29.1、烟气输入管线；
30.2、喷淋吸收单元；
31.3、沉淀单元；
32.4、上清液返回管线；
33.5、冲渣废水输入管线；
34.6、喷淋装置；
35.7、气体曝气盘；
36.8、烟气输入管线的主管线；
37.9、烟气输入管线的分支；
38.10、浆液泵；
39.11、缓冲单元；
40.12和13、调节控制阀；
41.调节控制阀；
42.14、输送带装置；
43.15、烟道。
具体实施方式
44.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
45.本发明提供了一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的系统，如图1和图2所示，该系统包括：烟气输入管线1、喷淋吸收单元2、沉淀单元3、上清液返回管线4、冲渣废水输入管线5；
46.所述喷淋吸收单元2内的上部设置有多级喷淋装置6，例如图1和图2中设置了五级喷淋装置6。如图2所示，每级喷淋装置6下对应设置有一气体曝气盘7，具体为喷淋装置6中的液体分布器6-1下方设置气体曝气盘7。所述喷淋装置6与所述冲渣废水输入管线5连接；所述烟气输入管线1自烟道15引出，包括与所述喷淋吸收单元2下部连接的主管线8，以及与所述气体曝气盘7一一对应连接的分支9；
47.所述喷淋吸收单元2的顶部设置有气体出口，底部设置有出口与所述沉淀单元3连接，所述沉淀单元3设置有上清液出口，所述上清液出口通过所述上清液返回管线4与所述冲渣废水输入管线5连接。
48.如图2所示，所述气体曝气盘7上密布有细孔，细孔的孔径也不宜过小，过小增加气体阻力不利于扩散，孔径优选为5mm～10mm。所述气体曝气盘7的边缘设置有凸起，从而可以在气体曝气盘7内保留喷淋的吸收液。烟气输入管线中20％左右的烟气通过分支9输入，并通过所述气体曝气盘7进入，可以与气体曝气盘7上的吸收液层产生气泡，从而增加气液传
质效率。
49.所述气体曝气盘7与所述喷淋装置6自下而上交替一侧与所述喷淋吸收单元的内壁连接，相对一侧不连接，在所述喷淋吸收单元2内形成折流通道。如图1所示，烟气输入管线中80％左右的烟气通过主管线8在喷淋吸收单元2内由下至上通过气体曝气盘7边缘的折流通道通过，折流通道的设置可以提升该部分烟气与浆液的接触时间从而提高二氧化碳的吸收捕集效率。
50.在更优选的方案中，所述喷淋装置6还可以设置有自动控制单元，用以根据所述烟气输入管线1的烟气量实时调节喷淋量。
51.所述冲渣废水输入管线5上设置有浆液泵10，将吸收液泵入喷淋吸收单元2进行喷淋。进一步优选地，所述冲渣废水输入管线5在所述浆液泵10之前还设置有缓冲单元11，具体可以是缓冲池或缓冲罐；所述上清液返回管线4在所述缓冲单元11之前与所述冲渣废水输入管线5连接，首先进入缓冲单元11中与冲渣废水混合待进入喷淋吸收单元2。所述冲渣废水输入管线5的入口还设置有调节控制阀13，以控制调节进入系统中的冲渣废水的量。所述上清液返回管线4上设置有调节控制阀12，以控制调节上清液进入缓冲单元11中。
52.本发明的系统中的所述沉淀池3用于收集吸收了二氧化碳后的浆液，沉淀后的上清液通过所述上清液返回管线4返回循环使用，沉淀的固体定期清理并通过输送带装置14输送至烧结配料系统中进行返矿配料，然后回到烧结系统中实现固体废物在钢铁生产中的闭环无害化处理。
53.使用以上系统进行的一种利用冲渣废水吸收烟气中二氧化碳的方法包括以下过程：
54.烧结烟气通过原有的除尘脱硝脱硫净化系统后，净化后的烟气温度在100～110℃，净化系统的出口端由一个烟道进入本发明的二氧化碳吸收系统。具体的，脱硫脱硝后的烟气由烟道15通过所述烟气输入管线1的主管线8和分支9分别进入所述喷淋吸收单元2内的底部和所述气体曝气盘7；冲渣废水作为吸收液通过所述冲渣废水输入管线5进入所述喷淋装置6进行喷淋；底部的烟气(原烟气的约80％)向上运行与上部喷淋的吸收液逆行接触反应，优选地，该部分烟气沿着气体曝气盘7边缘的折流通道向上运行，延长与吸收液的接触反应时间。进入所述气体曝气盘7的烟气(原烟气的约20％)与停留在盘上的吸收液反应；反应脱除了二氧化碳的烟气自所述喷淋吸收单元2顶部的气体出口排出。吸收了二氧化碳的吸收液自所述喷淋吸收单元2的底部出口汇集至所述沉淀单元3，沉淀后的上清液通过所述上清液返回管线4返回所述冲渣废水输入管线5循环利用。
55.沉淀的固体(碳酸氢钙、碳酸钙)定期清理通过输送带装置14输送至烧结配料系统中进行返矿配料，然后回到烧结系统经过烧结后二氧化碳被固化在烧结矿渣中实现二氧化碳的钙化封存。
56.该系统还可以通过自动控制装置根据烟气量对喷淋装置6进行喷入量的实时调节以保证二氧化碳的充分吸收保证脱碳效率。
57.本发明的系统和方法充分利用钢铁厂内部产生的高炉冲渣废水实现低成本吸收烟气中的二氧化碳，降低外排烟气中的二氧化碳浓度，实现清洁生产和绿色循环发展。本发明实现了钢铁企业实现钢铁生产废水吸收烟气中二氧化碳实现二氧化碳的捕集与减少碳排放。适用钢铁企业的烟气治理工艺，包括专有设计的一体化集成装备和附属工艺设备系
统。
58.采用图1所示系统对一烧结烟气进行处理，所述烧结烟气的成分主要包括co2、co、so2、no
x
、其中co2含量在体积分数为7％左右，按照图1系统处理后烟气中co2含量降低到3％左右。
59.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。